Принципы моделирования жилой среды в экстремальных условиях обитания

Актуальность исследования. Характерной чертой современности является ускорение темпов научно-технического прогресса, прирост общемировой численности населения, глобализация и связанное с этими факторами увеличивающееся давление на окружающую среду, приводящее к дисбалансу. Последние десятилетия на Земном шаре возросло количество природных и техногенных катастроф. В России, с ее большим разнообразием природных и климатических условий, чрезвычайные ситуации имеют труднопрогнозируемый характер.1 ,.

Экстремальная среда — это часть окружающей среды, которая по своим природным, климатическим, экономико-географическим и психофизиологическим характеристикам крайне неблагоприятна для жизнедеятельности человека. По мере своего развития, человек все больше освобождался от ее зависимости, научившись создавать благоприятную для себя искусственную оболочку. С течением времени природная и антропогенная составляющие тесно переплелись между собой, и сегодня цивилизация ищет новый уровень «устойчивого» равновесия. Синергизм природных и техногенных явлений меняет привычные климатические условия, исторически присущие регионам. Таким образом, экстремальность постепенно приближается к ранее благоприятной среде обитания.

Актуальность тематики данного исследования заключена не только в потребностях проектирования жилища в классических экстремальных условиях, таких как Крайний Север, зоны пустынь или высокогорья. Привычная городская среда имеет плотности, немыслимые для природных популяций. Благодаря достижениям науки и техники архитектурная среда может быть в некоторых пределах расширена. Эти границы в науке не обозначены, вследствие чего происходит ухудшение экологической обстановки, возрастание политической и социальной напряженности. Динамичный образ жизни и интенсивная миграция населения требует разработки иных типов жилища, отвечающего новым.

1 По данным МЧС России в период с 2003 по 2009 гг. количество чрезвычайных ситуаций колебалось от 424 (2009 г.) и 838 случаев (2003 г.) до 2847 (2006 г.) и 2154 случаев (2008 г.). потребностям и принципам ресурсосбережения. Такое расширенное понятие экстремальности в архитектуре уже получило общемировое признание.2.

Отсутствие до сих пор количественной оценки влияния негативных факторов среды, комплексных моделей жилища в экстремальных условиях связано с трудностями определения границ экстремальности в архитектуре.

Тема исследования отвечает приоритетным направлениям развития науки и техники РФ3, а также соответствует тактическим задачам программы НИР РААСН на 2008;2012 гг.4.

Состояние вопроса. На сегодняшний день существует достаточно работ по отдельным видам экстремальных условий: Крайнему Северу (Г.А. Агранат, К. К. Карташова, В. К. Онуфриев, Б. М. Полуй, Т. В. Римская-Корсакова, Н. А. Сапрыкина, А. Н. Сахаров), южным областям (Р. Липмайстер, В. М. Молчанов, Б. М. Полуй), горным районам (Г. И. Лежава, Д. В. Махароблишвили), сейсмически опасным территориям (Ш. Бан, А. Зекиоглу, А. Д. Потапов), подземному строительству (Д. С. Конюхов, Р. Рой), архитектуре прибрежных областей и сооружений на воде (К. Кикутаке, К. Танге, Р. Маршал), проблемам мегаполисов (Ю. Н. Казаков, В. В. Кондратенко, Г. Тауэре), архитектурным методам борьбы с преступностью, (П. Столлард), быстровозводимым объектам для чрезвычайных ситуаций (Ш. Бан, А. Н. Асаул, Ю. Н. Казаков), мобильным условиям обитания (Р.Кроненбург, Р. Хорден, Н. А. Сапрыкина), трансформируемой среде при изменяющихся потребностях обитателя (А. М. Баталов, А. А. Гайдученя, И. И. Лучкова, Н. А. Сапрыкина, А. В. Сикачев), социальному жилищу (К. В. Кияненко, Н.-Д. Хабракен, Г. Хертцбергер, В. В. Чепелик), требованиям ресурсосбережения (Б. Андерсон, И. И. Анисимова, О. К. Афанасьева, С. Байер, Ф. Морган, Н. Саундерс, А. Н. Сахаров, Ф. Тромба), лунной архитектуре (Х.-Ю. Ромбаут, В. В. Шевченко), архитектуре искусственной гравитации (Г. Балашова, Дж. О’Нейл, Г. Ноордунг, К. Э. Циолковский, Т. Холл,), технологической.

2 В 2005 г. в рамках XXII Всемирного Конгресса МСА для конкурса «ЭКСТРЕМАЛЬНОСТЬ — Создание пространства в экстремальных и чрезвычайных ситуациях» Международным Союзом Архитекторов разработана соответствующая тематическая структура конкурсных проектов: [Режим доступа]: littp:/Avww.mimarlarodasi.org.tr/extreme/reward/SC05-ENG.pdf.

3 «Рациональное природопользование», «Энергетика и энергосбережение».

4 № 3. «Рссурсои энергоминимизация в архитектурно-строительном комплексе», № 4. «Разработка типологии здании и сооружении нового поколения, способствующих развитию человеческого потенциала с учетом использования новейших результатов развития науки н техники» архитектуре будущего (группа Аркигэм, М. Вебб, Д. Коломбо, М. Рагон, А. В. Рябушии, Р. Б. Фуллер). При всем многообразии источников достаточно редки комплексные исследования в различных областях экстремальности. Подобный анализ мы встречаем в работах В. К. Лицкевича, Б. М. Полуя, Н. А. Сапрыкиной, А. Н. Тетиора.

Проблемы типологии и комфорта жилища изучали такие специалисты как И. И. Анисимова, А. М. Баталов, В. С. Дёмина, К. К. Карташова В. К. Лицкевич, М. В. Лисициан, Б. М. Мержанов и др.5 Социально-функциональный подход к проектированию жилища затронут в работах Р. Н. Блашкевич, Т. И. Звездиной, В. С. Дёминой, К. К. Карташовой, К. В. Кияненко, С. М. Лыжина, В. М. Молчанова, В.

A. Овсянникова, Г. Д. Платонова, В. Л. Ружже, 3. Н. Яргиной и др. Ряд исследований посвящен методам параметрического и семиотического моделирования (Кр. Александер, В. С. Волга, А. Э. Гутнов, И. Г. Лежава, И. Фридман, М. В. Шубенков и др.).

Психофизиология обитания в экстремальных условиях основана на концепции общего адаптационного синдрома Г. Селье, а также работах, затрагивающих механизмы стрессовых реакций и адаптации у человека: Дж. Гринберга, В. И. Медведева, А. А. Реана, С. И. Степановой. Вопросами психологии жилой среды занимались А. В. Степанов и М. Черноушек.

Пилотное математическое моделирование проводилось с учетом статистических методов, регрессионного моделирования, рассмотренного в работах С. А. Айвазяна, И. И. Елисеевой. Функционально-пространственные модели жилища в экстремальных условиях обитания разработаны на основе проектного опыта современных экспериментальных бюро: AllesWirdGut, Clever homes LLC, COOP HEMMELB (L)AU, Edge Design Institute, m-ch ltd, N55, Shigeru Ban, SPLTTERWERK, White design и др.

При всем многообразии работ, в архитектурной науке отсутствуют комплексные методики по оценке исходных негативных факторов и исследования по определению комфорта нетиповых проектных решений в экстремальных условиях обитания.

5 С. Ю. Алексеев, И. П. Гнесь, Т. И. Звездина, А. П. Калиниченко, К. В. Кияненко И. И. Лучкова, С. М. Лыжин, А. А. Магаи, Д. С. Меерсон, В. М. Молчанов, Р. Мнлославлевич, А. П. Ольхова, В. JI. Ружже, А.

B. Рябушин, Н. А. Сапрыкина, А. В. Сикачёв, Н. М. Согомонян, В. В. Чепелик.

Гипотеза исследования заключается в том, что в экстремальных условиях обитания, существуют пределы интенсификации и разуплотнения жилого пространства, при достижении которых комфорт архитектурной среды падает.

Цель исследования — разработка принципов моделирования жилой среды в экстремальных условиях обитания.

Задачи исследования:

1) Выявление основных характеристик модели жилища для экстремальных условий обитания с классификацией экстремальных сред и типологии концептуальных решений жилища для таких условий;

2) Разработка основ методического аппарата моделирования жилища в экстремальных условиях, включающего как оценку исходных факторов формирования, так и качества принятого архитектурного решения.

3) Разработка пилотной математической модели жилища в экстремальных условиях обитания;

4) Разработка функционально-пространственных моделей жилища в экстремальных условиях обитания, их оценка с точки зрения комфорта и ресурсосбережения.

Объектом исследования являются реализованные в экстремальных условиях обитания проекты жилища конца XX — начала XXI века.

Предмет исследования: особенности функционально-пространственной организации жилища в экстремальных условиях обитания с характеристиками комфорта и ресурсосбережения.

Границы исследования находятся в пределах объемно-планировочных средств архитектурной организации и не затрагивают вопросы конструктивных решений, выбора материалов, объектов с техническими устройствами. Исследование рассматривает в основном индивидуальные дома для постоянного проживания, спроектированные для экстремальных условий обитания, в меньшей степени — жилые ячейки в многоэтажных объектах и временные жилые модули. Жилая среда ограничивается индивидуальной придомовой территорией, участком для домов усадебного типа и индивидуальным пространством жилой ячейки в многоквартирных домах и гостиницах.

Методика исследования основана на комплексном методе и включает:

1) Анализ литературных источников, интернет-ресурсов, нормативных документов, статистических и климатических данных по жилищу экстремальных условий обитания, экспериментальному архитектурному проектированию, методам моделирования, психофизиологии адаптации к экстремальной среде.

2) Концептуальное моделирование, заключающееся в типологии существующих моделей жилища в экстремальных условиях обитания с обобщением их основных характеристик.

3) Разработку методики оценки экстремальности условий для целей проектирования жилища, в основе которой лежит возвратный анализ, и где используются методы измерения, сравнения, интерполяции, графоаналитические приемы исследования.

4) Разработку методики оценки комфорта архитектурного решения, основанную на графоаналитическом методе, а также методах измерения, сравнения, синтеза.

5) Логическое моделирование, заключающееся в обобщении полученных в результате обследования данных, аппроксимации результатов и построение пилотного математического прототипа.

6) Физическое моделирование, заключающееся в синтезе функционально-пространственных характеристик жилища с разным уровнем комфорта и построение графических моделей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

6) Разработаны основы методики количественной оценки экстремальности исходных условий на основе временных факторов (время возведения и эксплуатации) и средовых (климат, стесненность, дискретность, диспропорциональность), соотнесенных с потребностями и экономическими возможностями обитателя.

7) Разработаны основы методики количественной оценки комфорта функционально-пространственного решения жилища по показателям функциональной и коммуникативной нагрузок.

8) Построена пилотная математическая модель жилища в экстремальных условиях обитания на основе зависимости дискомфорта жилой среды от степени экстремальности исходных условий: D=1,0313 хЭУ0,8364. Очерчены границы комфорта.

9) В качестве основного принципа моделирования жилой среды в экстремальных условиях обитания в научный оборот введено понятие «фантомное пространство», представляющее собой разность функционального и физического пространства объекта и возникающее вследствие уплотнения или разрежения архитектурной среды. Фантомное пространство охарактеризовано как величина, повышающая показатели ресурсосбережения. С другой стороны, предложена психофизиологическая концепция комфорта обитания, согласно которой способы организации фантомного пространства в жилище (трансформация, временные разрывы, «транспортные коридоры», увеличение вертикальных связей и др.) снижают комфорт обитания. Подсчитан коэффициент увеличения функционального пространства внутриквартирных лестниц, возникающего за счет уменьшения скорости передвижения человека по наклонным участкам.

10) На основе понятия фантомного пространства построены функционально-пространственные модели оптимального жилища в экстремальных условиях обитания, проведена их типология в зависимости от степени уплотнения (свободная планировка, трансформируемое и полифункциональное пространства) или разрежения (расширяемое пространство, пространство вертикальных связей, пространство внешних связей), а таюке дана их общая характеристика с позиций комфорта и ресурсосбережения.

Практическое значение исследования. Разработанные принципы моделирования являются базой количественной оценки комфорта жилища в экстремальных условиях обитания для практикующих архитекторов. Функционально-пространственные модели с использованием фантомного пространства позволяют подобрать выгодное решение с повышенными характеристиками ресурсосбережения. Кроме того, оптимальное сочетание комфортабельности, ресурсосбережения и функциональной эффективности архитектурного объекта можно использовать как составляющую ценообразования в сфере нестандартной недвижимости.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования были доложены на ежегодных научных конференциях МАрхИ 2004;2010 гг., а также апробированы и внедрены в 2-х НИР, выполненных в рамках грантов РААСН для молодых ученых и специалистов:

1. Фантомное пространство в структуре жилой среды: отчет о НИР (заключ.)/НИИТАГ РААСНрук. Тиманцева Н. Л.- исполн. Тиманцева Н. JI. -г.Москва, 2009.-228 с. -Библиогр.: с. 146−152. — №ГР 1 200 903 111.

2. Особенности моделирования безопасной среды обитания: отчет о НИР (заключ.) / НИИТАГ РААСНрук. Тиманцева Н. JI.- исполн. Тиманцева Н. JI. -г. Москва, 2006. — 203 с. — Библиогр.: с. 89−90. — № ГР 01.2.6 008 207.

Результаты исследования внедрены в следующих научных разработках:

1. Новые подходы к разработке теории динамического формообразования в архитектуре: отчет о НИР (промеж.) / АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009;2010 годы)», проект № 4367: рук. Сапрыкина Н. А.- исполн. Тиманцева Н. JI. — М.: МАрхИ. — 2009.

2. Разработка принципов формирования архитектурных объектов с альтернативным энергообеспечением: отчет о НИР по гранту РФФИ № 09−813 706: рук. Сапрыкина Н. А.- исполн. Тиманцева Н. JI. — М.: МАрхИ. — 2009.

3. Архитектура экстремальных условий как средство безопасности обитания: отчеты о НИР (промеж, и заключ.) / НИИТАГ РААСНрук. Сапрыкина Н. А.- исполн. Тиманцева Н. JL — г. Москва, 2005;2008 гг. — № ГР 0120.0.502 553.

Объем и структура работы. Диссертационное исследование представлено в двух томах. Первый том включает текстовую часть (220 страниц), в том числе 80 рисунков, 17 таблиц, 30 формул и состоит из введения, трех глав с выводами, общего заключения, библиографического списка (220 наименований). Второй том состоит из двух иллюстративных приложений:

1. Последствия войны Скрытые боеприпасы и ядовитые вещества в почве, воде, строениях, опасность несанкционированного проникновения в жилище.

2. Преступность Опасность погромов, разрушений, психофизиологические проблемы конфликтующих сообществ, опасность несанкционированного проникновения в жилище.

3. Недостаток трудовых ресурсов Недостаток рабочей силы, удорожание сметной стоимости строительно-монтажных работ, проблемы некачественного выполнения проектов в отсутствие специалистов.

4. Жилье для бездомных и мигрантов Необходимость низкой сметной стоимости, простота в возведении и эксплуатации.

5. Энергонезависимый дом Проблемы проектов с «нулевым» энергообеспечением, использование альтернативных источников энергии.

6. Концепция видеоэкологии 1 2 2 2 3 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1О 4.1. Комцепция доступного жилья 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 3 2 3 3 3 2 1 1 1 1 3 3 3 3 3 2 2 1 3 3 2 1 1 1.

7. Концепция социального жилища 1 3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2as.

8. Mostaedi, A. Flexible home / Arian Mostacdi. Barcelona: Links, 2006. — p. 100.

9. Lee, L. 100 Most Dangerous Things in Everyday Life and What you Can Do About Them / Laura Lee. -USA: Random House, 2004. 240 p.

10. Гринберг, Дж. Управление стрессом / Дж. Гринберг. СПб.: Питер, 2004 — С. 40−58.

11. Степанова, С. И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации / С. И. Степанова. М.: Наука, 1986. — С. 69.71.

12. Стадия тревоги с мобилизацией защитных сил. В результате первичного столкновения со стрессором в организме происходят изменения. Сопротивляемость организма постепенно снижается.

13. Стадия стабилизации (повышенной устойчивости организма к воздействию неблагоприятных факторов). Если стрессор не прекращает своего воздействия, к нему можно адаптироваться, сопротивление становится выше нормы, признаки реакции тревоги исчезают.

14. Лосев А. Ф. / Философия. Мифология Культура. М.: Политиздат, 1991. — С. 45.

15. Юнг Карл Густав, фон Франц M.-JL, Хендсрсон Дж. JL, Якоби И., Яффе А. / Человек и его символы /под общ. ред. Сиренко, М.: Серебряные нити, 1997 — С. 330.

16. Борев Ю. Б. / Эстетика. В 2-х т. Т. 1, Смоленск: Русич, 1997. — с. 516.

17. Lee, L. 100 Most Dangerous Things in Everyday Life and What you Can Do About Them / Laura Lee. • USA: Random House, 2004. — 240 p.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К ГЛАВЕ 1.